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拉力試驗機測試塑料制品拉伸試驗的分析

發布時間:2020-07-28    點擊次數:次

隨著科學技術的發展,各種新型材料層出不窮,尤其是高分子材料在近些年有了吃速的發展。塑料作為其分枝,已廣泛應用于國民生產、生活的各個領域,在某些領域已經取代木材、金屬材料。為了使塑料及其制品能夠安全可靠地使用,對其性能檢測是非常必要的,其中力學性能檢測是一個重要方面,包括拉伸、彎曲、沖擊性能等。影響塑料拉伸試驗結果的因素有許多,材料本身屬于內在因素,如組分、相對分子質量及其分布、分子結構、分子取向程度、內部缺陷等;外在因素包括試驗設備、試樣的制備、試樣裝夾、試驗環境、拉伸速率、數值的修約、操作人員等。因此,試驗必須充分考慮并嚴格控制與試驗結果有關的因素,試驗結果才具有可比性和準確性。揚州賽思儀器針對影響塑料制品拉伸試驗結果的因素進行了探討。

1、影響塑料拉伸試驗結果的因素

1.1試驗設備

塑料拉伸試驗采用拉力試驗機,也稱為拉力機,滿足標準:GB,ISO7500/1,JJG475-88,ASTME4,DIN5122,JISB7721/B7733,EN1002-2,BS1610,CNS9471/9470

拉力試驗機廣泛摘用于各類橡塑膠、鞋類、皮革、服裝、紡織、絕緣體、端子...等各類材料,測試其拉伸,撕裂,剝離,彎曲等材料研發,檢驗測試,功能其全,用途廣泛。它是測試塑料力學性能的儀器。拉伸試驗采用標準形狀的試樣,在標準狀態下測定塑料的拉伸性能。試驗可測試塑料的拉伸力、拉伸強度、拉伸屈服強度、斷裂伸長率、斷裂強度、拉伸彈性模量等參數。


拉力試驗機,拉力機

影響拉伸試驗結果的因素主要有:測力傳感器精度、速率控制精度、夾具、同軸度和數據采集頻率等。測力傳感器是拉力試驗機的核心部件。它的精度直接影響試驗數據和偏差,一般要求傳感器的精度在0.5%以內。拉伸速率要求平穩均勻,速率偏高或偏低都會影響拉伸試驗結果。夾具的設計主要有手動和氣動兩種,夾持片材試樣的夾具要求隨著拉力的增大,夾緊力亦增大,但不能造成試樣變形損壞。拉力試驗機的同軸度不好,拉伸位移將偏大,拉伸強度測試結果偏小。試驗數據采集的頻率也要適中,否則,將影響試驗結果,峰值偏小。

1.2試樣的制備

拉伸試驗要求試樣做成啞鈴形或矩形。制樣方式有兩種:一種是用原材料制樣;另一種是從制品上直接取樣。

用原材料制成試樣有兒種方法:模壓成型、注塑成型、壓延成型或吹膜成型等,每種制樣過程都要符合相關的標準。但不同方法制樣的試驗結果不具有可比性。同一種制樣方法,要求工藝參數,如模具結構、成型溫度、成型壓力、冷卻速率以及工藝過程也要相同,否則,塑料在成型過程中的微觀結構,如結晶度、分子取向等將有較大變化,直接影響試驗結果。塑料原材料壓片或成膜后,再用制樣機和標準切刀制成標準試樣。制樣切刀要規范鋒利,否則,試樣會有毛邊或劃損等缺陷。其次,試樣的尺寸規格要一致,試樣的厚度不同,試驗結果也不同。厚度大的試樣,試驗結果偏小。圖1為聚乙烯(PE)試樣在拉伸速率為100 mm/min時,厚度與拉伸強度的關系田。由圖1可見:試樣厚度越大,試驗測得的拉伸強度越低。由于試樣越厚,使得缺陷的概率越高。這也符合聚合物的微觀缺陷理論。


拉力試驗機測試塑料制品拉伸試驗的分析1

常用的制樣方法,大多數采用機械加工的方法從塑料制品上取樣,然后在啞鈴制樣機上制成I型試樣。這種方法的優點是簡便易行。但這種方法最大的缺點是測試結果誤差太大。根據GB12001.3-89和GB 1039規定:用機加工或沖模制樣,試樣邊緣不得有缺口和毛刺等缺陷,加工時不應使試樣受到過分的沖擊、擠壓和受熱。加工面應光潔。啞鈴制樣機從原理上屬于沖模制樣的方法。其制樣過程必然受到擠壓和沖擊,并且加工面(沖切面)亦很難保證光潔。實踐結果表明:對于用沖模制樣與銑床機加工制樣,測試結果出入很大,嚴重時只相當于后者的一半。

1.3試樣裝夾

在拉伸試驗時,不容許試樣受到偏心力的作用。因為它會使試樣產生附加彎曲應力,從而造成試驗結果的偏差。對于脆性材料,由于在拉伸過程中試樣的變形,使得拉伸的施力線與試樣的軸線不重合,偏差更為顯著。造成試驗時產生偏心力,除了拉力機的構造不良,還有可能試樣本身形狀不對稱、夾頭構造和安裝不正確等因素。因此,在夾具夾持試樣時,要使試樣縱軸與上下夾具中心線重合,且松緊適宜,以防比試樣滑脫或斷在夾具內。

1.4試驗環境

影響塑料拉伸試驗結果的環境因素主要是溫度和濕度。GB/T1040.2-2006規定:標準實驗室環境溫度為(23±2 )℃,相對濕度為45%~55%。

熱塑性塑料的拉伸性能測試受溫度的影響較大。伴隨著溫度上升,塑料將由硬脆型向黏強型轉變,拉伸強度和拉伸彈性模量變小,而斷裂伸長率將變大。圖2反映了聚氯乙烯(PUC)的拉伸強度、斷裂伸長率與溫度的關系。


拉力試驗機測試塑料制品拉伸試驗的分析2

相對濕度一般對吸水率比較大的塑料影響較大。有些塑料吸水后,水分子在內部起到了偶聯劑和增韌劑的作用,從而影響塑料的剛性和韌性。濕度對聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、乙酸纖維素等熱塑性塑料的影響較大四,試驗曲線見圖3。而對吸水率小的塑料,受濕度的影響較小。


拉力試驗機測試塑料制品拉伸試驗的分析3

1.5拉伸速率

在拉伸試驗時,拉伸速率變化,其力學行為也將發生改變。一般情況下,拉伸速率快,拉伸強度增大,而斷裂伸長率將減小。這是因為塑料屬于黏彈性材料,它的應力松弛過程與變形速率緊密相關。應力松弛需要一個時間過程,當低速拉伸時,分子鏈來得及位移、重排,塑料呈現韌性行為,表現為拉伸強度減小,斷裂伸長率增大;當高速拉伸時,分子鏈段的運動跟不上外力作用的速率,塑料呈現脆性行為,表現為拉伸強度增大,斷裂伸長率減小。

表1說明了拉伸速率與PVC拉伸性能的關系。圖4反映了拉伸速率對PVC拉伸性能的影響。只有拉伸速率相同時,試驗結果才具有可比性。


拉力試驗機測試塑料制品拉伸試驗的分析表

1.6數值的修約

數值的修約是整個試驗過程中的一個重要環節,因此,與試驗結果的精確度有著密切的關系。目前塑料拉力試驗機多數由計算機控制,數據處理已程序化,但是有些數據還是依靠人為測試和計算的,如試樣尺寸、位移變化、伸長率及脫機試驗等。對試驗測定和計算所得的各種數值常常要進行修約。關于數值的修約,應遵循國家標準規定的規則:4舍6入5看右,右邊有數應進位,右邊無數再看左,奇進偶不進。在測試過程中出現的異常情況,如超大或超小的數據,相應地舍去,再補充相應試驗要求的試樣個數。

1.7操作人員

試驗的整個過程都是在人的操作和控制下進行的,人為因素不可避免地會影響到試驗結果。即使有實踐經驗的人員操作,每次試驗結果也都不會完全一致。人為因素涉及到取樣、制樣過程、試樣的處理、試驗過程、數據處理等。

2、結語

影響塑料拉伸試驗結果的因素很多,除許多內在因素,如塑料成分、相對分子質量及其分布、分子結構、內部缺陷等直接影響拉伸性能外,還有許多外在因素,如拉力試驗機、試樣的制備、試樣裝夾、試驗環境、拉伸速率、數值的修約、操作人員等,這些因素最終將影響試驗結果。因此,試驗人員必須具有高度的責任心,嚴格執行試驗標準和操作規程,才能消除影響試驗結果準確性的因素或降低其影響程度,獲得準確的試驗結果。

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